文档介绍：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
博士学位论文
Mn掺杂ZnO纳米晶的光学和磁学性质研究
姓名:李金华
申请学位级别:博士
专业:凝聚态物理
指导教师:申德振
20060614
摘要稀磁半导体材料是自旋电子学领域一个重要分支,由于具有巨负磁阻效应、研究中的重要课题,理论预测在掺杂的心芄皇迪质椅乱陨系奶判浴膜,讨论了掺杂浓度和退火温度对样品的结构、光学和磁学性质的影响。研究发磁性研究表明,较低温度退火样品在一范围内表现为顺磁性,而高温退析认为样品的室温磁性来自于掺杂的皇窃又省磁光效应等新颖特性而受到人们的广泛关注。目前实现室温铁磁性是稀磁半导体此外,作为一种宽带隙半导体材料,募ぷ邮磕芨叽哂杏帕的光学性质。因此,掺杂的牧涎芯吭诖判园氲继辶煊蚬惴嚎U蛊鹄础本论文针对目前〈〈虐氲继宀牧希⒍云涔庋Ш痛学性质进行了系统的研究。研究表明,掺杂后材料的光学质量有所提高,并具有室温以上铁磁性。具体工作如下:捎梦匏掖嘉H芗梁铣闪似骄>段腗粼拥腪纳米薄现随着化学剂量的增加,样品的晶格常数增大,这表明已经进入了晶格。适量的掺杂可以钝化样品的可见区发射,提高样品的紫外发光效率。火的样品由于出现杂相硐治J椅绿判浴捎靡凰醵叶嘉H芗林票噶酥本对..腗粼拥腪纳米粒子,并研究了其光学、磁学特性。与啾龋粼雍蟮难肥椅孪伦贤发光相对增强,可见发光几乎完全消失,这表明掺杂后的样品具有良好的光学性质。同时,通过甌曲线和狧曲线,发现样品具有高于室温的居里温度。分票噶烁咧柿康木哂辛窍诵靠蠼峁沟哪擅讂。。∧ぁK鍹的增加,晶体的禁带宽度逐渐变大,光学质量提高。为了在提高样品的光学质量的同时获得磁性,制备了、共同掺杂的擅妆∧ぁQ返墓庋灾与单纯掺杂的擅拙П∧は啾扔兴岣撸ú焕谛纬删鹊奶娲掺杂的鱿至思饩峁沟腗和7治鋈衔Q返拇判岳源于关键词:稀磁半导体,掺杂庋灾剩判摘要。
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第一章引言自旋电子学的概念稀磁半导体的研究进展稀磁半导体的概念属性进行工作的电子学。早在世纪末,英国科学家汤姆逊发现电子之后,人虺艱殖瓢氪虐氲继澹侵赣纱判怨山鹗衾子和稀土金属离子部分替代非磁性阳离子后形成的一类半导体材料。由于其具有代的量子计算机中的应用等,引起人们广泛的关注。在通常宀牧条件下,非磁性半导体中的载流子自旋“向上”与“向下”的数目一样多,因此不存在自旋极子限制效应擅追段,自旋自由度就会突出起来。基于以上优异的特性和广阔的应用前景,人们对稀磁半导体材料的研究逐渐热衷起来。图给出了磁性、自旋电子学是电子学的一个新兴领域,其英文名称为怯和酱屎喜⒋丛斐隼吹男旅省9嗣家澹抢玫缱拥淖孕们就知道电子有一个重要特性,就是每一个电子都携带一定的电量,。到世纪年代中期,量子力学诞生又告诉人们,电子除携带电荷之外还有另一个重要属性,就是自旋。通过对电子电荷和电子自旋性质的研究,最近在电子学和信息技术领域出现了明显的进展。这个进展的重要标志之一就是诞生了自旋电子学。自旋电子学是在电子材料,如半导体中,主动控制载流子自旋动力学和自旋输运的一个新兴领域,自旋动力学的主动控制预计可以用于新的量子力学器件,如自旋晶体管、自旋过滤器和调制器、新的存储器件、量子信息处理器和量子计算。已经证明,通过注入、输运和控制这些自旋态,材料可以实现很多新功能【琷稀磁半导体是自旋电子学领域一个重要的研究内容。稀磁半导体许多新颖的特性,如大的有效蜃樱ɡ谛#薮抛栊вΓ殴庑в贘,在下一化电流。如果在非磁性半导体中加入过渡金属磁性原子或使其尺寸缩小到出现量稀磁及非磁性半导体的示意图一
节节妒娜鞯.〈虐氲继宓幕拘灾.〈虐氲继宓木褰峁数会受外磁场的影响,因而可以通过改变外磁场而改变材料的物理性质。部分也都是闪锌矿结构,少数—族稀磁半导体随着磁性元素替代量的增加会图从磁性角度半导体可划分为:写判栽K卣罅械拇判园氲继澹稀磁半导体谴虐氲继搴痛旁K丶涞暮羡车牟话爬胱拥陌氲继目前为止,对稀磁半导体己经进行了大量的研究,由于磁性离子的替代,使材料出现如下特点【:判岳胱泳钟虼啪睾驮亓髯又浯嬖谇康淖孕孕换作用,它直接影响半导体材料的有关参数。如载流子的有效蜃印U庑┎性离子间的反铁磁相互作用导致顺磁、自旋玻璃转变和反铁磁性等;而磁性离子间的铁磁相互作用导致顺磁和铁磁性等。谙〈虐氲继逯校谋涑煞荼壤以改变材料的能隙、晶格常数、电子和空穴的有效质量和其他重要的物理参数。正是由于这些特点,稀磁半导体具有许多独特的性质,例如,巨磁光效应,电子和空穴的有效蜃釉龀た纱锪礁鍪考叮牧现行纬纱偶ɑ硬⒂纱嗣飨杂响输运特性,产生巨负磁阻效应,出现磁场感应绝缘体